周洪華

摘要：發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行時(shí)，定子繞組中會(huì)流過負(fù)序電流，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子某些部位局部高溫，燒壞轉(zhuǎn)子，危及機(jī)組安全。此外，零序電流會(huì)注入電網(wǎng)，危害電網(wǎng)安全運(yùn)行。隨著單臺(tái)發(fā)電機(jī)容量的增加，這種危害越來越嚴(yán)重。基于此，本篇文章對(duì)大型核電汽輪發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)電磁力進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：大型核電;汽輪發(fā)電機(jī);非全相運(yùn)行;轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)電磁力

1發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的狀態(tài)

發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。判斷發(fā)電機(jī)定子電流的兩個(gè)相位相等或大致相等，另一個(gè)相位的1/2時(shí)，可以判斷發(fā)電機(jī)變壓器組開關(guān)的兩個(gè)相位處于關(guān)閉狀態(tài)，一個(gè)相位處于斷開狀態(tài)。⑵如果發(fā)電機(jī)定子電流的兩個(gè)相位相等或大致相等，而另一個(gè)相位為零，則可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)-變壓器組開關(guān)的一個(gè)相位處于關(guān)閉狀態(tài)，兩個(gè)相位處于斷開狀態(tài)。行動(dòng)：如發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)未完全運(yùn)轉(zhuǎn)，禁止打開除鱗開關(guān)和關(guān)閉汽輪機(jī)主閥。發(fā)電機(jī)-變壓器的開關(guān)必須在NCS中手動(dòng)重新打開。如果發(fā)生故障，則必須快速將生成器的有效載荷和無功載荷降至零。如果發(fā)電機(jī)脫敏開關(guān)不脫落，汽輪機(jī)主閥不關(guān)閉，禁止手動(dòng)斷開脫敏開關(guān)。發(fā)電機(jī)定子電流應(yīng)密切監(jiān)測，勵(lì)磁電流應(yīng)根據(jù)儀表指示進(jìn)行調(diào)整，使三相定子電流接近零。立即拉動(dòng)同一電路中的串聯(lián)開關(guān)，通知分發(fā)者通知明峰對(duì)面變壓器打開開關(guān)，使發(fā)電機(jī)-變壓器單元和系統(tǒng)斷開;在處理過程中，應(yīng)密切監(jiān)測發(fā)電機(jī)各部分的溫度，以確保溫度不超過允許值。如果發(fā)電機(jī)脫敏開關(guān)已觸發(fā)，但汽輪機(jī)主閥未關(guān)閉，發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)，則脫敏開關(guān)可關(guān)閉以增加勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)可以再次如果解耦開關(guān)未關(guān)閉，或者發(fā)電機(jī)無法同步牽引，則立即打開發(fā)電機(jī)串聯(lián)的開關(guān)，并通知分發(fā)者通知側(cè)風(fēng)變壓器向開關(guān)牽引，以便斷開發(fā)電機(jī)-變壓器與系統(tǒng)的連接。如果脫敏開關(guān)已觸發(fā)，蒸汽輪機(jī)主閥已關(guān)閉，立即拉起開發(fā)變壓器單元串聯(lián)連接的開關(guān)，并通知分配器通知側(cè)明風(fēng)變壓器打開開關(guān)，以便斷開發(fā)電機(jī)-變壓器與系統(tǒng)的連接。如果交換機(jī)本身配置為在2.5秒鐘的非全相運(yùn)行后三相觸發(fā)（觸發(fā)非全相），或者斷路器故障保護(hù)設(shè)置為觸發(fā)相鄰的非全相運(yùn)行開關(guān)和變壓器另一側(cè)的開關(guān)通知維修部門檢查處于未打開狀態(tài)的交換機(jī)，并禁止其在正確處理之前投入使用。如果防護(hù)措施不起作用或由于其他原因，則開環(huán)運(yùn)行超出了發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的允許水平。在重新開始之前必須徹底檢查，沒有問題，然后經(jīng)總工程師批準(zhǔn)后可以并列。

2場-路-網(wǎng)耦合模型的建立

為了分析發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)的不完全運(yùn)行情況，建立了1407MVA渦輪發(fā)電機(jī)的機(jī)場-道路-網(wǎng)絡(luò)耦合模型。為了更準(zhǔn)確地反映并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的操作系統(tǒng)，該模型包括渦輪發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)、電梯變壓器以及150公里雙回路航空線路連接的無限電網(wǎng)的有限元模型。本文非全相運(yùn)行是指電梯變壓器高壓側(cè)斷路器一相斷開和二相斷開條件下發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)。非全相運(yùn)行后，負(fù)磁力出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的相反方向，而正磁力僅出現(xiàn)在正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向上。負(fù)磁力法使發(fā)動(dòng)機(jī)磁場變形，然后影響發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的電磁力分布。因此，在分析發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的磁密度時(shí)，首先要分析發(fā)動(dòng)機(jī)在非開路故障穩(wěn)定后是否在發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)負(fù)序能力下工作，分析如下。首先，在并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行中出現(xiàn)兩種非全相故障時(shí)，獲得定子三相故障電流。然后，從對(duì)稱分量法獲得的故障電流中提取不同時(shí)間點(diǎn)的三相不對(duì)稱電流負(fù)序分量。其中，故障電流是通過有限元法計(jì)算的，并考慮了非線性因素（如電機(jī)磁場飽和）的影響。在此基礎(chǔ)上，采用對(duì)稱分量法提取負(fù)序電流分量。最后，根據(jù)發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)負(fù)序能力要求，電機(jī)可承受的瞬態(tài)負(fù)序t的運(yùn)行時(shí)間確定如下公式所示。

?t0i 22 dt =（i2）2t = a（1），其中I2是瞬態(tài)負(fù)序電流的標(biāo)稱值;常數(shù)a與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、通風(fēng)和冷卻方式以及馬達(dá)A =5s有關(guān)。本文指出，在并網(wǎng)發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行中出現(xiàn)兩種非全相故障后，電機(jī)始終以瞬態(tài)負(fù)序運(yùn)行能力運(yùn)行，因此本文僅分析發(fā)動(dòng)機(jī)故障后電機(jī)各部分的磁密度分布及其規(guī)律。

3非全相運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)電磁力計(jì)算

3.1非全相運(yùn)行動(dòng)態(tài)過程計(jì)算

若轉(zhuǎn)子直軸與A相繞組軸線重合，汽輪發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，發(fā)生變壓器高壓側(cè)一相斷開故障，即電機(jī)非全相運(yùn)行。由場–路–網(wǎng)耦合模型仿真得斷路后5個(gè)周期內(nèi)定子三相電流、電磁轉(zhuǎn)矩變化情況如圖1所示。由圖1（a）可知，非全相運(yùn)行后定子電流隨時(shí)間的變化畸變?cè)絹碓絿?yán)重，首周期中，定子B相電流嚴(yán)重畸變，最大幅值為67036.1A，是B相正常工作電流幅值的1.40倍，定子A、C電流同樣也發(fā)生畸變，電流幅值減小，其幅值為46178.8A，是正常工作時(shí)的0.93倍。C相的最大值為47421.9A，其額定電流最大值的0.97倍。圖1（b）電磁轉(zhuǎn)矩的第一個(gè)周期內(nèi)最大值為8771456.25N·m，最小值為3685684.50N·m，分別為額定電磁轉(zhuǎn)矩的1.13倍和0.473倍。由此可知，故障后轉(zhuǎn)子所受電擊非常大。

3.2轉(zhuǎn)子電磁力波計(jì)算

氣隙磁場變化是研究電磁力波變化規(guī)律的基礎(chǔ)，因此，針對(duì)非全鄉(xiāng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)，進(jìn)行運(yùn)用時(shí)步有限元模型計(jì)算磁場變化是首要工作。非全相運(yùn)行后，汽輪發(fā)電機(jī)一個(gè)周期內(nèi)典型時(shí)刻轉(zhuǎn)子圓周上氣隙磁密波進(jìn)行諧波分析，得到典型次諧波幅值變化情況如圖2所示。

由圖2可以看出，斷路故障發(fā)生后首周期內(nèi)，1階齒諧波中變化明顯的為基波、5次、23次和25次諧波，它們的磁密幅值都增大。其中，基波磁密幅值最大為1.641T，5次諧波磁密幅值最大為0.105T，23次及25次諧波磁密幅值最大分別為0.0494T與0.0508T，磁密幅值下降的為3次諧波與9次諧波。

結(jié)束語

總之，本文主要研究了非三相運(yùn)行模式下大型核輪發(fā)電機(jī)的電磁動(dòng)力動(dòng)態(tài)分布及其規(guī)律。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部電磁場作了合理的假設(shè)，采用有限元軟件在并網(wǎng)時(shí)建立了電磁場有限元模型、發(fā)動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)外部電路和現(xiàn)場有限元模型。

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